Day7 Numerical simulation of optical wave propagation之通过随机介质（如大气湍流）的传播（三）

三  执行湍流仿真

基本参数设置：

光场条件；波长wvl，源平面的光场U

传播几何结构：观察面孔径尺寸D2，传播距离Dz

湍流条件：大气折射率结构常数C_n²

1. 准备工作

确定传播几何结构

（程序：source_turbulence_receive_parameters.m）

已知：观察面孔径尺寸D2、波长wvl、传播距离Dz

计算：观察平面感兴趣区域的直径为DROI=4*D2；点光源中心波瓣D1=wvl*Dz/DROI；波前曲率半径R=Dz

计算湍流条件

（程序：source_turbulence_receive_parameters.m）

已知：大气折射率结构常数C_n²，波长wvl，传播距离Dz

计算：大气相干直径r0，对数幅度方差σ²

方法一——公式计算：公式（9.43）和（9.64）

方法二——分层大气模型计算：利用（9.75）的方法，得到n层相位屏中每层的大气相干直径r0scrn

分析采样限制

（程序：analysis_pt_source_atmos_samp.m）

已知：显示模型对湍流灵敏度的调整参数c，点光源中心波瓣D1，观察面孔径尺寸D2，波长wvl，传播距离Dz，大气相干直径r0

计算：源平面和观察平面的网格间隔delta1和deltan，网格点数目N，传播平面数n（分步传播频数为n-1）

（1）根据约束条件（9.86）和（9.88）得到源平面和观察平面的网格间隔delta1和deltan的取值范围

（2）根据上述步骤（1）和约束条件（9.87）得到必须的最小网格点数目N的取值范围

（3）由上述步骤（1）（2）得到delta1、deltan、N后，根据（9.89）计算允许的最大传播距离ΔZ_max，利用（9.90）计算对应的分步传播频数n-1。

2. 执行湍流仿真

（程序：example_pt_source_turbulence_Prop.m）

已知：

传播几何结构：波长wvl、传播距离Dz、观察面孔径尺寸D2==>点光源中心波瓣D1、波前曲率半径R

采样参数：源平面和观察平面的网格间隔delta1和deltan，网格点数目N，传播平面数n==>

r1(x1,y1),

z = (1 : n-1) * Dz / (n-1);

zt=[0 z]

alpha = zt / zt(n);

delta = (1-alpha) * delta1 + alpha * deltan;

光源场：源平面的光场U（r1(x1,y1)）=Uin(wvl,R,r1,D1),

信道：(1) n层相位屏中每层的大气相干直径r0scrn(C_n²，wvl，Dz )，外湍流尺度L0，内湍流尺度l0==>采用分谐波强化的FT相位屏生成法（[phz_lo phz_hi] = ft_sh_phase_screen(r0scrn, N, delta, L0, l0)）==》n个相位屏的相位phz=phz_lo +phz_hi

(2) n个相位屏的衰减矩阵（在真空中传播时采用公式（8.1）提供的超高斯衰减函数作为衰减因子）sg(r1,N,delta1)

           (3) ==>n个相位屏为：t=sg.*exp（i*phz）

计算：点源在大气湍流中传输距离Dz后的观察面上任一点（xn，yn）处光场Uout

采用分步传播中的角谱方法（function [xn yn Uout] = ang_spec_multi_prop ...(Uin, wvl, delta1, deltan, z, t)）